JP2002356650A - Photocatalytic film-forming composition and photocatalytic member obtained by applying it - Google Patents

Photocatalytic film-forming composition and photocatalytic member obtained by applying it

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JP2002356650A
JP2002356650A JP2001131078A JP2001131078A JP2002356650A JP 2002356650 A JP2002356650 A JP 2002356650A JP 2001131078 A JP2001131078 A JP 2001131078A JP 2001131078 A JP2001131078 A JP 2001131078A JP 2002356650 A JP2002356650 A JP 2002356650A
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Japan
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titanium oxide
photocatalytic
coating film
silicon
forming composition
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JP2001131078A
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Masahiro Shibato
雅博 柴戸
Yumiko Katsukawa
由美子 勝川
Mitsuhide Shimobukikoshi
光秀 下吹越
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Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photocatalytic film-forming composition which can form a photocatalytic film, on a substrate having an excellent rigidness and an excellent abrasion resistance, obtained by a low-cost wet process, and to provide a photocatalytic member having the film obtained by applying it and drying it. SOLUTION: The photocatalytic film-forming composition comprises titanium oxide which is previously surface-modified using at least a carboxylic acid, a silicone binder and a solvent. Its pH is 2-5. The titanium oxide is a crystalline titanium oxide particle whose average size is 1-100 nm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光触媒として使用
される酸化チタン含有塗膜を形成できる組成物、及びこ
れをガラス、金属、セメント、壁紙、石膏ボード、石
材、セラミックス、もしくは樹脂等の表面に設けた部材
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composition capable of forming a titanium oxide-containing coating film used as a photocatalyst, and a method of forming the same on a surface of glass, metal, cement, wallpaper, gypsum board, stone, ceramics, resin, or the like. Related to the member provided.

【0002】[0002]

【従来の技術】光触媒部材は、防曇、降雨によるセルフ
クリーニング、有害物質の分解などの機能を有するた
め、環境に優しい機能性塗膜被覆材料として活発に研究
開発が行われている。このような光触媒性部材の製造で
は、その部材本来の特性を損なわないために基材の上に
光触媒機能塗膜を形成させる手法を取ることが主流とな
っている。
2. Description of the Related Art Photocatalytic members have functions such as antifogging, self-cleaning by rainfall, and decomposition of harmful substances. Therefore, research and development are being actively conducted as environmentally friendly functional coating materials for coatings. In the production of such a photocatalytic member, a method of forming a photocatalytic functional coating film on a base material has been mainly used in order not to impair the inherent characteristics of the member.

【0003】この光触媒機能塗膜を形成させる方法とし
ては、乾式法、湿式法があるが、十分な光触媒活性を維
持しながら、広汎な使用条件に耐えるような優れた硬
度、耐摩耗性を有する光触媒膜を形成させるためには、
各々の方法で問題がある。スパッタ法、CVD法、プラ
ズマ法などで代表される乾式法では、コストが高くな
り、また基材の材質、形状によっては製膜出来ないとい
う問題点がある。
As a method for forming the photocatalytic coating film, there are a dry method and a wet method, but it has excellent hardness and abrasion resistance enough to withstand a wide range of use conditions while maintaining sufficient photocatalytic activity. In order to form a photocatalytic film,
There are problems with each method. A dry method typified by a sputtering method, a CVD method, a plasma method, or the like has a problem that the cost is high and a film cannot be formed depending on the material and shape of the base material.

【0004】一方、コストが低く、多くの基材に適用可
能なゾルゲル法等の湿式法では、各種分散剤を添加した
酸化チタンゾルを利用する方法、酸化チタン前駆体を利
用する方法、酸化チタンゾルと結合剤(以下、バインダ
ー成分)を混合させたものを利用する方法など、これま
で様々な塗膜形成組成物が提案されているが、いずれも
優れた硬度、耐摩耗性を有する光触媒塗膜を形成すると
は言いきれない。
On the other hand, in a wet method such as a sol-gel method which is low in cost and can be applied to many substrates, a method using a titanium oxide sol to which various dispersants are added, a method using a titanium oxide precursor, a method using a titanium oxide sol, Various coating film forming compositions have been proposed so far, such as a method using a mixture of a binder (hereinafter, a binder component), and any of them has a photocatalytic coating film having excellent hardness and abrasion resistance. It cannot be said that it forms.

【0005】具体的には、各種添加剤を添加した酸化チ
タンゾルを利用する方法である、特開2000−119
019号によれば、酸性酸化チタンゾル、溶液中のTi
4+イオンの膠状水酸化チタン化により酸化チタン粒子
同士が結合し酸化チタンが凝集することを防ぐために添
加される錯化剤、pH調整のために添加されるアルカリ
成分からなるpHが5〜10である酸化チタンゾルがあ
るが、80℃で焼成した塗膜の硬度は鉛筆硬度で2H以
下程度である。
[0005] Specifically, JP-A-2000-119 discloses a method utilizing a titanium oxide sol to which various additives are added.
According to No. 019, acidic titanium oxide sol, Ti in solution
A pH of 5 to 10 consisting of a complexing agent added to prevent titanium oxide particles from binding to each other by aggregation of titanium oxide with 4+ ions and preventing aggregation of titanium oxide, and an alkali component added to adjust pH. The hardness of the coating film baked at 80 ° C. is about 2H or less in pencil hardness.

【0006】また、酸化チタンゾルとバインダー成分を
混合させたもの主成分として利用する方法では、特開2
000−273355号によれば、気相法で合成された
微粒子酸化チタンにβージケトン、Ti系又はAl系カ
ップリング剤、Tiアルコキシドバインダーを組み合わ
せた光触媒塗料があるが、125℃で焼成した塗膜の鉛
筆硬度は3H程度である。また、特開平11−3231
90号、特開平11−323257号によれば、微粒子
酸化チタンにβージケトン、Ti系又はAl系カップリ
ング剤、アルコキシシランオリゴマーバインダーを組み
合わせた光触媒塗料があるが、150℃で焼成した塗膜
の鉛筆硬度は3H〜6H程度である。また、特開平11
−323191号によれば、微粒子酸化チタンにβージ
ケトン、Ti系又はAl系カップリング剤、フッ素系界
面活性剤含有エチルシリケート加水分解物バインダーを
組み合わせた光触媒塗料があるが、150℃で焼成した
塗膜の鉛筆硬度は3H〜6H程度である。
Further, in a method of using a mixture of a titanium oxide sol and a binder component as a main component, Japanese Patent Laid-Open No.
According to 000-273355, there is a photocatalytic paint in which β-diketone, a Ti-based or Al-based coupling agent, and a Ti alkoxide binder are combined with fine particle titanium oxide synthesized by a gas phase method. Has a pencil hardness of about 3H. Further, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-3231
No. 90 and JP-A-11-323257, there is a photocatalytic paint in which β-diketone, a Ti-based or Al-based coupling agent, and an alkoxysilane oligomer binder are combined with fine-particle titanium oxide. The pencil hardness is about 3H to 6H. Also, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
According to JP-A-323191, there is a photocatalytic paint in which β-diketone, a Ti-based or Al-based coupling agent, and a fluorine-based surfactant-containing ethylsilicate hydrolyzate binder are combined with fine-particle titanium oxide. The pencil hardness of the film is about 3H to 6H.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明では、低コスト
の湿式法で、基材表面に優れた硬度、耐摩耗性を有する
光触媒膜を形成できる光触媒性塗膜形成組成物、および
それを成膜し乾燥させた塗膜を有する光触媒性部材を提
供する。
According to the present invention, there is provided a photocatalytic coating film forming composition capable of forming a photocatalytic film having excellent hardness and abrasion resistance on a substrate surface by a low-cost wet method, and a composition comprising the same. A photocatalytic member having a coated and dried coating is provided.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題を
解決すべく、(A)カルボン酸類に属する少なくとも1
種以上の物質を用いて予め表面修飾した (B)酸化チタン、又はTi−O結合を有する酸化チタ
ンの前駆体であり、少なくとも塗膜形成後に光触媒性酸
化チタンとなる材料と、(C)シリコン系バインダー
と、(D)溶媒とからなる、(E)pHが2〜5である
光触媒性塗膜形成組成物を提供する。尚、以下、特別に
明記しない限り、(B)を酸化チタン、(A)で表面修
飾された(B)酸化チタンを表面修飾酸化チタンと呼ぶ
ことにする。
According to the present invention, in order to solve the above problems, at least one of (A) carboxylic acids belonging to
(B) titanium oxide or a precursor of titanium oxide having a Ti—O bond, the surface of which has been modified in advance using at least one kind of substance; Provided is a photocatalytic coating film-forming composition (E) having a pH of 2 to 5, comprising a system binder and (D) a solvent. Hereinafter, unless otherwise specified, (B) is referred to as titanium oxide, and (B) titanium oxide surface-modified with (A) is referred to as surface-modified titanium oxide.

【0009】上記光触媒性塗膜形成組成物を基材に成膜
し乾燥させると、鉛筆硬度7H以上の非常に高い表面硬
度を有する光触媒被膜となる。本発明の組成物を製膜し
た塗膜が鉛筆硬度7H以上を実現した要因は、酸化チタ
ンと基材、及び酸化チタン同士を強固に結合させる働き
をするシリコン系バインダーと、酸化チタンの表面修飾
に使われる物質カルボン酸の相互作用にあることが考え
られる。カルボン酸にはその化学構造から、塗膜の乾燥
硬化時に表面修飾したカルボン酸の残留水酸基(−O
H)がシリコン系バインダーの反応性官能基に作用し、
酸化チタンをカルボン酸を介してバインダーのネットワ
ーク架橋の一部として積極的に取り入れる作用があると
考えられる。そして、カルボン酸の有機構造が内部欠
陥、形状損壊を抑止する作用があると考えられる。これ
ら作用によって、より欠陥が少なく、高度な緻密化、架
橋化が達成された塗膜が実現できたと考えられる。
When the photocatalytic coating film-forming composition is formed on a substrate and dried, a photocatalytic coating film having a very high surface hardness of 7H or more is obtained. The coating film formed from the composition of the present invention has a pencil hardness of 7H or more because the titanium oxide and the base material, and the silicon-based binder which functions to firmly bind the titanium oxide to each other, and the surface modification of the titanium oxide It may be due to the interaction of the carboxylic acid used in the process. Due to the chemical structure of the carboxylic acid, the residual hydroxyl group (-O
H) acts on the reactive functional group of the silicon-based binder,
It is considered that titanium oxide is positively incorporated as a part of the network crosslinking of the binder via the carboxylic acid. Then, it is considered that the organic structure of the carboxylic acid has an action of suppressing internal defects and shape damage. It is considered that a coating film with fewer defects and high densification and cross-linking was achieved by these actions.

【0010】本発明の好ましい態様については、前記
(B)酸化チタンが、平均粒径1〜100nmであるよ
うにする。酸化チタンの平均粒径は、塗膜の光触媒活性
と機械的強度のバランスを考慮して決める。酸化チタン
は微粉状であり、その粒径は光触媒活性が強いこと及び
塗膜形成時に高充填され硬度、耐摩耗性が向上すること
から、平均粒径1〜100nm程度の微細なものが好ま
しい。この程度の大きさになると、可視光に散乱効果が
小さくなり透明性も高くなる。また、セラミックス、ガ
ラスなど特に硬度、耐摩耗性が要求される部材に対して
は、光触媒活性とのバランスを考えて粒径30nm以下
にすることが好ましい。さらに高硬度、高耐摩耗性を実
現したいときは、10nm以下にすることが好ましい。
In a preferred aspect of the present invention, the titanium oxide (B) has an average particle diameter of 1 to 100 nm. The average particle size of the titanium oxide is determined in consideration of the balance between the photocatalytic activity of the coating film and the mechanical strength. Titanium oxide is in the form of fine powder, and the fine particle having an average particle diameter of about 1 to 100 nm is preferable because the titanium oxide has a strong photocatalytic activity and is highly filled during coating film formation to improve hardness and wear resistance. With such a size, the scattering effect on visible light is reduced and the transparency is increased. In addition, for members such as ceramics and glass that require particularly high hardness and abrasion resistance, the particle size is preferably 30 nm or less in consideration of the balance with photocatalytic activity. Further, when it is desired to achieve high hardness and high wear resistance, the thickness is preferably 10 nm or less.

【0011】本発明の好ましい態様については、前記
(B)酸化チタンの表面を修飾する前記(A)カルボン
酸1重量部に対して、前記(B)酸化チタンが二酸化チ
タン換算で1〜1000重量部であるようにする。酸化
チタンとカルボン酸の割合は、本発明の組成物における
分散、粘性などの液の特性、塗膜の硬度、耐摩耗性など
の機械的強度とのバランスを考慮して決める。その割合
は、カルボン酸1重量部に対して、酸化チタンが二酸化
チタン換算で1〜1000重量部であることが好まし
い。カルボン酸の量が少なすぎると、表面修飾酸化チタ
ンとシリコン系バインダーの混合液を塗膜にした場合、
硬度、耐摩耗性の向上効果は小さくなりやすい。また、
多すぎると表面修飾酸化チタン単独液、表面修飾酸化チ
タンとシリコン系バインダーの製造、調整、混合液に増
粘効果が起こりやすくなり、塗膜にした場合、塗膜面の
外観不良、硬度、耐摩耗性の低下などの課題が生じやす
くなる。
In a preferred embodiment of the present invention, the titanium oxide (B) is used in an amount of 1 to 1000 parts by weight in terms of titanium dioxide with respect to 1 part by weight of the (A) carboxylic acid for modifying the surface of the titanium oxide (B). Part. The ratio between titanium oxide and carboxylic acid is determined in consideration of the balance between the properties of the liquid such as dispersion and viscosity in the composition of the present invention and the mechanical strength such as hardness and abrasion resistance of the coating film. The ratio is preferably 1 to 1000 parts by weight of titanium oxide in terms of titanium dioxide with respect to 1 part by weight of carboxylic acid. If the amount of the carboxylic acid is too small, when a mixture of the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder is formed into a coating film,
The effect of improving hardness and wear resistance tends to be small. Also,
If the amount is too large, the viscosity of the surface-modified titanium oxide alone solution, the production and adjustment of the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder, and the mixed solution are likely to occur. Problems such as a reduction in abrasion tend to occur.

【0012】本発明の好ましい態様については、二酸化
チタン換算が100重量部となる前記(B)酸化チタン
の重量部に対して、前記(C)シリコン系バインダーを
二酸化ケイ素換算で10〜400重量部含有するように
する。酸化チタンとシリコン系バインダーの重量割合
は、塗膜の表面構造、内部構造に影響を与えることから
光触媒活性と塗膜硬度、耐摩耗性などの機械的強度のバ
ランスを考慮して決める。その割合は、二酸化チタン換
算が100重量部となる酸化チタンの重量部に対して、
シリコン系バインダーを二酸化ケイ素換算で10〜40
0重量部含有することが好ましい。シリコン系バインダ
ーの割合が二酸化ケイ素換算で400重量部を超える
と、シリコン系バインダーが酸化チタンを覆うため光触
媒機能が小さくなり、シリコン系バインダーの割合が二
酸化ケイ素換算で10重量部以下であると基材、および
酸化チタンとの接着強度が弱くなり、いずれにおいても
実用性が乏しい。
In a preferred embodiment of the present invention, the silicon-based binder (C) is used in an amount of 10 to 400 parts by weight in terms of silicon dioxide with respect to 100 parts by weight in terms of titanium dioxide. To be contained. Since the weight ratio of titanium oxide and the silicon-based binder affects the surface structure and internal structure of the coating film, it is determined in consideration of the balance between photocatalytic activity and mechanical strength such as coating film hardness and abrasion resistance. The proportion is based on 100 parts by weight of titanium oxide in terms of titanium dioxide,
Silicone binder 10 to 40 in terms of silicon dioxide
It is preferred to contain 0 parts by weight. When the proportion of the silicon-based binder exceeds 400 parts by weight in terms of silicon dioxide, the photocatalytic function is reduced because the silicon-based binder covers titanium oxide. When the proportion of the silicon-based binder is 10 parts by weight or less in terms of silicon dioxide, The adhesive strength with the material and titanium oxide is weakened, and both are poor in practicality.

【0013】本発明の好ましい態様については、前記
(B)酸化チタンの二酸化チタン換算、および前記
(C)シリコン系バインダーの二酸化ケイ素換算の合計
固形分濃度が20重量%以下であるようにする。合計固
形分濃度とは、全体組成分中に含まれる酸化チタンを二
酸化チタンに、シリコン系バインダーを二酸化ケイ素に
換算した値の合計であるが、それは液の安定性、成膜方
法、成膜体の特性などのバランスを考慮して決める。そ
の合計固形分濃度は、酸化チタンの二酸化チタン換算、
およびシリコン系バインダーの二酸化ケイ素換算の合計
固形分濃度を20重量%以下にすることが好ましい。合
計固形分濃度が20重量%以下の場合、各種仕様(膜
厚、成膜方法など)に合うように設定して良いが、20
重量%を超えると組成物中の固形物の分散性が悪くな
り、組成物の安定性が著しく低下しゲル化が生じ易くな
る。また、高濃度になると成膜性、組成物の成膜体と基
材との密着性が著しく低下するようになるので好ましく
ない。
[0013] In a preferred embodiment of the present invention, the total solid content concentration of the titanium oxide (B) in terms of titanium dioxide and the silicon binder (C) in terms of silicon dioxide is 20% by weight or less. The total solid content concentration is the sum of values obtained by converting titanium oxide contained in the entire composition into titanium dioxide and converting a silicon-based binder into silicon dioxide. It is determined in consideration of the balance of the characteristics and the like. The total solid concentration is calculated as titanium dioxide equivalent of titanium oxide,
In addition, it is preferable that the total solid concentration of the silicon-based binder in terms of silicon dioxide is 20% by weight or less. When the total solid content concentration is 20% by weight or less, it may be set to meet various specifications (film thickness, film forming method, etc.).
If the content is more than 10% by weight, the dispersibility of the solid in the composition becomes poor, the stability of the composition is remarkably reduced, and gelation easily occurs. On the other hand, a high concentration is not preferred because the film-forming properties and the adhesion between the film-formed body of the composition and the substrate are significantly reduced.

【0014】本発明では、上記光触媒性塗膜形成組成物
を基材の表面に塗布し、乾燥、硬化させた光触媒性塗膜
を設けた光触媒性部材を提供する。本発明によれば、本
発明の組成物を基材に成膜し乾燥させて塗膜を基材上に
形成させることができる。本発明の組成物を塗布する基
材としては、ガラス、金属、セメント、壁紙、石膏ボー
ド、石材、セラミックス、もしくは樹脂等の様々な形状
を有する部材、複合成形体が考えられる。これら基材に
塗布する際には、組成物、基材に合わせて、必要に応じ
て前処理を行ってもよい。
According to the present invention, there is provided a photocatalytic member provided with a photocatalytic coating film formed by applying the above-described photocatalytic coating film-forming composition on the surface of a substrate, and drying and curing the composition. According to the present invention, the composition of the present invention can be formed on a substrate and dried to form a coating film on the substrate. Examples of the substrate to which the composition of the present invention is applied include members having various shapes such as glass, metal, cement, wallpaper, gypsum board, stone, ceramics, and resin, and composite molded articles. When applying to these substrates, pretreatment may be performed as necessary according to the composition and the substrate.

【0015】本発明の好ましい態様については、乾燥硬
化させて得た塗膜が鉛筆硬度7H以上の表面硬度を有す
る光触媒性塗膜を設けた光触媒性部材であるようにす
る。本発明によれば、本発明の組成物を基材に成膜し乾
燥させた塗膜は鉛筆硬度7H以上の表面硬度を有するた
め、表面硬度を必要とされる部材に適用できる。本発明
の組成物を塗布する基材としては、ガラス、金属、セメ
ント、壁紙、石膏ボード、石材、セラミックス、もしく
は樹脂等の様々な形状を有する部材、複合成形体が考え
られる。これら基材に塗布する際には、組成物、基材に
合わせて、必要に応じて前処理を行ってもよい。
In a preferred embodiment of the present invention, the coating obtained by drying and curing is a photocatalytic member provided with a photocatalytic coating having a surface hardness of 7H or more. According to the present invention, a coating film obtained by forming a film of the composition of the present invention on a substrate and dried has a surface hardness of 7H or more in pencil hardness, and thus can be applied to members requiring surface hardness. Examples of the substrate to which the composition of the present invention is applied include members having various shapes such as glass, metal, cement, wallpaper, gypsum board, stone, ceramics, and resin, and composite molded articles. When applying to these substrates, pretreatment may be performed as necessary according to the composition and the substrate.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、本発明について順次説明
する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in order.

【0017】前記(A)カルボン酸類としては、マレイ
ン酸、マロン酸、フマル酸、しゅう酸、コハク酸などの
1分子の構造中にカルボニル基を2個以上有するカルボ
ン酸、またはリンゴ酸、グリコール酸、乳酸、酒石酸、
クエン酸、グルコン酸などのヒドロキシカルボン酸から
選択される化学物質であることが好ましい。前記化学物
資には、1分子構造中に水酸基が2個以上存在する。水
酸基が2個以上存在しなければ、酸化チタン表面に修飾
したカルボン酸の残留水酸基が少なくシリコン系バイン
ダーとの作用が小さくなるため、塗膜の高度な緻密化、
架橋化が達成されにくくなると考えられる。また、水酸
基が多すぎれば、表面修飾酸化チタン単独液、表面修飾
酸化チタンとシリコン系バインダーの製造、調整、混合
液に凝集、増粘などの課題が生じると考えられる。
The carboxylic acids (A) include maleic acid, malonic acid, fumaric acid, oxalic acid, succinic acid, and other carboxylic acids having two or more carbonyl groups in one molecule, or malic acid, glycolic acid, and the like. , Lactic acid, tartaric acid,
Preferably, the chemical substance is selected from hydroxycarboxylic acids such as citric acid and gluconic acid. The chemical substance has two or more hydroxyl groups in one molecular structure. If two or more hydroxyl groups do not exist, the residual hydroxyl groups of the carboxylic acid modified on the surface of the titanium oxide are reduced and the action with the silicon-based binder is reduced, so that the coating film is highly densified,
It is considered that cross-linking is hardly achieved. Further, if the number of hydroxyl groups is too large, it is considered that problems such as production and adjustment of the surface-modified titanium oxide alone, the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder, and aggregation and thickening of the mixture are caused.

【0018】前記組成物の(B)光触媒作用を有する酸
化チタンについては、特定値(約3.2eV)以上のエ
ネルギーを持つ光を照射することで、励起された電子と
電子が飛び出して生じた正孔により、それぞれ有機物の
酸化分解作用、水分子の吸着による親水作用を示す酸化
チタンであり、例えば、結晶性酸化チタン粒子、アモル
ファス酸化チタン粒子、その他Ti−O結合を有する酸
化チタン前駆体があるが、好ましくは結晶性二酸化チタ
ン粒子である。結晶性二酸化チタン粒子については、ア
ナターゼ型、ブルッカイト型、ルチル型があるが、特に
好ましくはアナターゼ型、ブルッカイト型である。ま
た、それらが混合されたものであってもかまわない。ま
た、アモルファス酸化チタン粒子については、加熱する
ことにより結晶化が進み光触媒作用が向上するものが好
ましい。また、酸化チタン前駆体については、ヒドロキ
シチタネート、有機チタネートなどのように加熱するこ
とにより縮重合され結晶性酸化チタンに変移するものが
好ましい。
Regarding (B) titanium oxide having a photocatalytic action of the above composition, excited electrons and electrons jump out by irradiation with light having an energy not less than a specific value (about 3.2 eV). The holes are titanium oxides that exhibit an oxidative decomposition action of organic substances and a hydrophilic action by adsorption of water molecules, respectively. For example, crystalline titanium oxide particles, amorphous titanium oxide particles, and other titanium oxide precursors having a Ti—O bond are used. However, crystalline titanium dioxide particles are preferred. The crystalline titanium dioxide particles include anatase type, brookite type and rutile type, and particularly preferably anatase type and brookite type. Further, they may be mixed. Further, as for the amorphous titanium oxide particles, it is preferable that the crystallization is advanced by heating to improve the photocatalytic action. Further, as the titanium oxide precursor, a precursor which is polycondensed by heating and is transformed into crystalline titanium oxide, such as hydroxytitanate or organic titanate, is preferable.

【0019】表面修飾酸化チタンの製造では、結晶性或
いはアモルファスの酸化チタン粒子を分散媒に分散させ
たゾルを利用するか、分散溶媒中にチタンアルコキシ
ド、硫酸チタニル、四塩化チタンなどの酸化チタンの前
駆体を混入させ中和、加水分解、脱酸処理、脱アルカリ
処理などの処理を行うことでゾルを形成するという方法
が好適に用いられる。例えば、出発原料として硫酸チタ
ニルを用いる場合、まず常温よりも高温で加水分解して
濾過洗浄したゾルを溶媒に再分散させる、あるいは加水
分解時に発生する陰イオンをイオン交換樹脂により処理
するなどして、カルボン酸、必要に応じて無機酸などの
酸を加えるという方法、また結晶性を向上させるために
さらに水熱処理を行うという方法が好適に用いられる。
また、出発原料として四塩化チタンを用いる場合、常温
よりも高温で加水分解した後、または加水分解しながら
発生した塩素イオンを電気透析、イオン交換樹脂、電気
分解などの脱塩素処理により処理し塩素イオン濃度、p
Hを制御しカルボン酸、必要に応じて無機酸などの酸を
加えるという方法、カルボン酸を用いて前記加水分解、
脱塩素処理により塩素イオン濃度、pHを制御するとい
う方法などが好適に用いられる。また、酸化チタンゾル
にカルボン酸を添加するという方法も好適に用いられ
る。
In the production of the surface-modified titanium oxide, a sol in which crystalline or amorphous titanium oxide particles are dispersed in a dispersion medium is used, or a titanium oxide such as titanium alkoxide, titanyl sulfate or titanium tetrachloride is dispersed in a dispersion solvent. A method of forming a sol by mixing a precursor and performing a treatment such as neutralization, hydrolysis, deacidification treatment, or dealkalization treatment is suitably used. For example, when using titanyl sulfate as a starting material, the sol that has been hydrolyzed and filtered and washed at a temperature higher than room temperature is redispersed in a solvent, or an anion generated during hydrolysis is treated with an ion exchange resin. A method of adding an acid such as a carboxylic acid and, if necessary, an inorganic acid, and a method of further performing a hydrothermal treatment to improve the crystallinity are preferably used.
When titanium tetrachloride is used as a starting material, chlorine ions generated after hydrolysis at a temperature higher than room temperature or during hydrolysis are subjected to a dechlorination treatment such as electrodialysis, an ion exchange resin, and electrolysis to obtain chlorine. Ion concentration, p
A method of controlling H and adding a carboxylic acid, if necessary, an acid such as an inorganic acid, the hydrolysis using a carboxylic acid,
A method of controlling the chloride ion concentration and pH by dechlorination is suitably used. Further, a method of adding a carboxylic acid to the titanium oxide sol is also suitably used.

【0020】前記組成物の(C)シリコン系バインダー
は、塗膜硬化において酸化チタンと基材、かつ酸化チタ
ン同士を強固に結合させ、かつ酸化チタンの光触媒活性
を半永久的に発揮させる働きをする。また、表面修飾酸
化チタンと安定に調合できるpH値を有するバインダー
である。本発明のバインダーは、酸化チタンと基材を、
かつ酸化チタン同士を強固に結合させ、かつ酸化チタン
の光触媒活性を半永久的に発揮させる役割を持ち、表面
修飾酸化チタンゾルと安定に調合できるpH値に調合さ
れた未硬化シロキサンポリマーであることが好ましい。
その未硬化シロキサンポリマーは、 一般式 R1(n1)SiX(4−n1)…(1) (式中、n1は0または1の整数。R1は炭素数1〜18
の一価の有機基であり、その中における一つの炭素原子
はケイ素原子と結合している。Xは塩素、臭素、又は炭
素数1〜4のアルコキシ基である。以下同様)で表される
加水分解性3官能シリコン化合物と加水分解性4官能シ
リコン化合物の混合物、または加水分解性4官能シリコ
ン化合物を酸性下で加水分解・縮重合させたものが好ま
しい。より好ましくは加水分解性4官能シリコン化合物
の加水分解・縮重合させた未硬化シロキサンポリマーで
ある。 また、好ましくは一般式 Si(n2)O(n2−1)OR2(2n2+2)… (2) (式中、n2は2から6の整数。R2は炭素数1〜4のア
ルコキシ基である。以下同様)で表される加水分解性4
官能シリコン化合物の縮重合物を酸性下で加水分解・縮
重合させた未硬化シロキサンポリマーである。 また、一般式 M(n3)O・(n4)SiO2 …(3) (式中、Mはアルカリ金属類に属する元素。n3はMの
価数によって決まる数値。n4は1〜8の数値。以下同
様)で表される、MがFr、Cs、Rb、K、Na、L
iなど少なくとも1種類以上のアルカリ金属類に属する
元素を含むシリコン化合物、ケイ酸アルカリ金属塩溶液
(以下、アルカリシリケートと呼ぶ)を、中和したり、
電気透析、イオン交換樹脂、電気分解などで脱アルカリ
処理したりするなど好適に用いられる方法を施して得ら
れる酸性の未硬化シロキサンポリマーであってもかまわ
ない。また、前記未硬化シロキサンポリマーにシリカ微
粒子を加えたもの、また一般式(1)、または一般式
(2)、または一般式(3)で表されるシリコン化合物
とシリカ微粒子を反応させたものを用いてもかまわな
い。
The (C) silicon-based binder of the composition functions to firmly bond the titanium oxide to the base material and the titanium oxide during the curing of the coating film and to semipermanently exhibit the photocatalytic activity of the titanium oxide. . Further, it is a binder having a pH value that can be stably mixed with the surface-modified titanium oxide. The binder of the present invention, titanium oxide and a substrate,
In addition, it is preferably an uncured siloxane polymer that has a role of firmly bonding titanium oxides to each other and has a role of semipermanently exhibiting the photocatalytic activity of the titanium oxide, and is formulated to have a pH value that can be stably formulated with the surface-modified titanium oxide sol. .
The uncured siloxane polymer has a general formula R1 (n1) SiX (4-n1) (1) wherein n1 is an integer of 0 or 1. R1 has 1 to 18 carbon atoms.
Is a monovalent organic group in which one carbon atom is bonded to a silicon atom. X is chlorine, bromine, or an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. A mixture of a hydrolyzable trifunctional silicon compound and a hydrolyzable tetrafunctional silicon compound represented by the following) or a compound obtained by subjecting a hydrolyzable tetrafunctional silicon compound to hydrolysis and polycondensation under acidic conditions is preferable. More preferably, it is an uncured siloxane polymer obtained by hydrolyzing and polycondensing a hydrolyzable tetrafunctional silicon compound. Also preferably, a general formula Si (n2) O (n2-1) OR2 (2n2 + 2) (2) (where n2 is an integer of 2 to 6. R2 is an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms. Hydrolyzable 4 represented by
It is an uncured siloxane polymer obtained by subjecting a condensation polymer of a functional silicon compound to hydrolysis and condensation polymerization under acidic conditions. Further, the general formula: M (n3) O. (n4) SiO2 (3) (wherein, M is an element belonging to alkali metals. N3 is a numerical value determined by the valence of M. n4 is a numerical value of 1 to 8. M is Fr, Cs, Rb, K, Na, L
neutralizing a silicon compound containing an element belonging to at least one or more alkali metals such as i, an alkali metal silicate solution (hereinafter, referred to as an alkali silicate),
It may be an acidic uncured siloxane polymer obtained by performing a suitably used method such as alkali elimination by electrodialysis, ion exchange resin, or electrolysis. Further, a product obtained by adding silica fine particles to the uncured siloxane polymer, or a product obtained by reacting a silicon compound represented by the general formula (1), the general formula (2), or the general formula (3) with silica fine particles is used. It may be used.

【0021】一般式(1)で表されるシリコン化合物で
は、加水分解性3官能シリコン化合物としては、メチル
トリクロルシラン、メチルトリブロムシラン、メチルト
リメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチル
トリイソプロポキシラン、メチルトリt−ブトキシシラ
ン、エチルトリクロルシラン、エチルトリブロムシラ
ン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシ
ラン、エチルトリイソプロポキシラン、ビニルトリクロ
ルシシラン、ビニルトリブロムシラン、ビニルトリメト
キシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリクロルヒ
ドロシラン、トリブロムヒドロシラン、トリメトキシヒ
ドロシラン、トリエトキシヒドロシランを挙げることが
できる。加水分解性4官能シリコン化合物には、テトラ
クロルシラン、テトラブロムシラン、テトラメトキシシ
ラン、テトラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、
ジメトキシジエトキシシランがある。好ましくは、入手
し易く乾燥時に高硬度体を得やすいテトラメトキシシラ
ン、テトラエトキシシランである。また、一般式(2)
で表されるシリコン化合物としては、入手し易く乾燥時
に高硬度体を得やすいテトラメトキシシランの平均3量
体縮重合物であるメチルシリケート51、テトラエトキ
シシランの平均5量体縮重合物であるエチルシリケート
40が好ましい。また、一般式(3)で表されるシリコ
ン化合物としては、1号ケイ酸ナトリウム水溶液、2号
ケイ酸ナトリウム水溶液、3号ケイ酸ナトリウム水溶
液、4号ケイ酸ナトリウム水溶液、1Kケイ酸カリウム
水溶液、Bケイ酸カリウム水溶液、各種ケイ酸リチウム
水溶液などがある。また、それ以外のアルカリシリケー
トとして、アルカリ金属を極力少なくし、有機アミン類
(ホルムアルデヒド、エチルアミン、エタノールアミン
などの短鎖アミン)で安定化させたアンモニウムシリケ
ートなども挙げられる。
In the silicon compound represented by the general formula (1), the hydrolyzable trifunctional silicon compound includes methyltrichlorosilane, methyltribromosilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltriisopropoxysilane. , Methyltri-t-butoxysilane, ethyltrichlorosilane, ethyltribromosilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltriisopropoxysilane, vinyltrichlorosilane, vinyltribromosilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane Examples thereof include silane, trichlorohydrosilane, tribromohydrosilane, trimethoxyhydrosilane, and triethoxyhydrosilane. Examples of the hydrolyzable tetrafunctional silicon compound include tetrachlorosilane, tetrabromosilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrabutoxysilane,
There is dimethoxydiethoxysilane. Preferred are tetramethoxysilane and tetraethoxysilane, which are easily available and easy to obtain a high hardness when dried. In addition, the general formula (2)
Examples of the silicon compound represented by are methyl silicate 51, which is an average trimer condensation product of tetramethoxysilane, and an average pentamer condensation product of tetraethoxysilane, which are easily available and easily obtain a high hardness body when dried. Ethyl silicate 40 is preferred. Examples of the silicon compound represented by the general formula (3) include an aqueous solution of sodium silicate No. 1, an aqueous solution of sodium silicate No. 3, an aqueous solution of sodium silicate No. 4, an aqueous solution of sodium silicate No. 1, an aqueous solution of potassium silicate 1K, B potassium silicate aqueous solution, various lithium silicate aqueous solutions and the like. Other examples of the alkali silicate include ammonium silicate in which an alkali metal is reduced as much as possible and stabilized with organic amines (short-chain amines such as formaldehyde, ethylamine, and ethanolamine).

【0022】本発明の(C)シリコン系バインダーは、
一般式(1)で表される加水分解性4官能シリコン化合
物、または一般式(2)で表される加水分解性4官能シ
リコン化合物の縮重合物を酸性下で加水分解・縮重合さ
せた未硬化シロキサンポリマーであることがより好まし
い。
The (C) silicone binder of the present invention comprises:
The hydrolyzable tetrafunctional silicon compound represented by the general formula (1) or the polycondensate of the hydrolyzable tetrafunctional silicon compound represented by the general formula (2) is not hydrolyzed and polycondensed under acidic conditions. More preferably, it is a cured siloxane polymer.

【0023】加水分解性シリコン化合物の加水分解で
は、触媒として酸、アルカリのいずれもが利用できる
が、加水分解したバインダー成分、表面処理酸化チタン
ゾル、およびこれら混合物の安定性を考えると、水と接
触すると(E)pHが2〜5である酸性を示すものであ
ることが望ましい。特に酸性のハロゲン化水素、カルボ
ン酸、スルホン酸、酸性あるいは弱酸性の無機塩、イオ
ン交換樹脂などの固体酸などが好ましい。好適な例とし
ては、フッ化水素、塩酸、硝酸、硫酸;酢酸、マレイン
酸に代表される有機酸;メチルスルホン酸、表面にスル
ホン酸基、又はカルボン酸基を有するカチオン交換樹脂
などが挙げられる。加水分解触媒の量は、ケイ素原子上
の加水分解性基1モルに対して0.001〜5モルの範
囲内であることが好ましい。なお、pH2以下の強酸性
側、またはpH5以上の中性側であると、加水分解した
バインダー成分は不安定になりゲル化しやすくなる。
In the hydrolysis of the hydrolyzable silicon compound, either an acid or an alkali can be used as a catalyst. However, considering the stability of the hydrolyzed binder component, the surface-treated titanium oxide sol, and the mixture thereof, contact with water occurs. Then, (E) it is desirable to show acidity with a pH of 2 to 5. Particularly preferred are acidic hydrogen halides, carboxylic acids, sulfonic acids, acidic or weakly acidic inorganic salts, and solid acids such as ion exchange resins. Preferable examples include hydrogen fluoride, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid; organic acids represented by acetic acid and maleic acid; methylsulfonic acid; and cation exchange resins having a sulfonic acid group or a carboxylic acid group on the surface. . The amount of the hydrolysis catalyst is preferably in the range of 0.001 to 5 mol per 1 mol of the hydrolyzable group on the silicon atom. In addition, when it is on the strongly acidic side of pH 2 or less or on the neutral side of pH 5 or more, the hydrolyzed binder component becomes unstable and easily gelates.

【0024】加水分解に使用する水の量は、塗膜の硬化
性、得られた塗膜の機械的強度、外観、表面処理酸化チ
タンゾルとの混合など液の安定性等から考慮すると、ケ
イ素原子上の加水分解性基1モルに対して0.001〜
500モル、好ましくは0.05〜100モルの範囲内
であることが好ましい。加水分解反応には、アルコー
ル、ケトン、エステル等の極性溶剤、或いはトルエン、
ヘキサン等の非極性溶剤を溶媒として用いるのが好まし
い。これら溶剤は、本発明の(D)溶媒に用いてもかま
わない。なお、ハロゲノシランを原料として使用する場
合、加水分解後、十分水洗してハロゲン成分を除去する
必要がある。
The amount of water used for the hydrolysis is determined by considering the curability of the coating film, the mechanical strength and appearance of the obtained coating film, the stability of the liquid such as mixing with a surface-treated titanium oxide sol, and the like. 0.001 to 1 mol of the above hydrolyzable group
It is preferably in the range of 500 moles, preferably 0.05 to 100 moles. For the hydrolysis reaction, polar solvents such as alcohols, ketones and esters, or toluene,
It is preferable to use a non-polar solvent such as hexane as the solvent. These solvents may be used for the solvent (D) of the present invention. When halogenosilane is used as a raw material, it is necessary to sufficiently wash with water after hydrolysis to remove halogen components.

【0025】このようにして加水分解性シリコン化合物
モノマーを部分的に加水分解・縮重合させることにより
形成された未硬化のシロキサンポリマーからなるシロキ
サン化合物の分子量は、塗膜物性に影響を与える。分子
量が小さすぎる場合、乾燥硬化の際に欠陥、形状損壊が
生じやすくなり、塗膜硬度、耐摩耗性が低下することが
考えられる。分子量が大きい方が透明性、光沢、平滑性
の良好な被膜を形成することができる。シロキサン化合
物はポリスチレンを標準物質としたGPC(ゲル濾過クロ
マトグラフィー)測定により求めた数平均分子量が80
〜20000であるものが好ましい。
The molecular weight of the siloxane compound composed of the uncured siloxane polymer formed by partially hydrolyzing and polycondensing the hydrolyzable silicon compound monomer in this way affects the physical properties of the coating film. If the molecular weight is too small, defects and shape damage are likely to occur during drying and curing, and it is considered that the coating film hardness and abrasion resistance are reduced. A film having a higher molecular weight can form a film having good transparency, gloss and smoothness. The siloxane compound has a number average molecular weight of 80 determined by GPC (gel filtration chromatography) using polystyrene as a standard substance.
Those having a molecular weight of up to 20,000 are preferred.

【0026】表面修飾酸化チタンとシリコン系バインダ
ーとの混合は、適宜に出来るが、一例を示すと酸性下に
ある所定量の表面修飾酸化チタン水性分散液を10〜5
0℃の液温に保持し、これに秤量したシリコン系バイン
ダーを一定時間かけて滴下添加する。滴下終了後、1〜
5時間撹拌下に反応させて組成物液を調製する。シリコ
ン系バインダーは、事前に前記加水分解性シリコン化合
物をpH調整下で加水分解・縮重合させた未硬化シロキ
サンポリマーであることが好ましく、これを表面修飾酸
化チタンゾルに撹拌下に混合して本発明の組成物を得る
ことができる。また、加水分解性シリコン化合物と加水
分解触媒を表面修飾酸化チタンゾルに同時に加えるとい
う方法、また表面修飾酸化チタン分散液中に存在する酸
分を利用して加水分解を進めるという方法が好適に用い
られる。また、アルカリシリケートを利用する場合、前
記した方法で事前にpH調整したもので調合するという
方法が好適に用いられる。
The surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder can be appropriately mixed. For example, a predetermined amount of the aqueous dispersion of the surface-modified titanium oxide under an acidic condition may be mixed with 10 to 5 times.
While maintaining the liquid temperature at 0 ° C., the weighed silicon-based binder is added dropwise thereto over a certain period of time. After dropping,
The reaction is carried out with stirring for 5 hours to prepare a composition liquid. The silicon-based binder is preferably an uncured siloxane polymer obtained by previously subjecting the hydrolyzable silicon compound to hydrolysis and polycondensation under pH adjustment, and then mixing this with a surface-modified titanium oxide sol with stirring. Can be obtained. Further, a method in which a hydrolyzable silicon compound and a hydrolysis catalyst are simultaneously added to a surface-modified titanium oxide sol, and a method in which hydrolysis is promoted by utilizing an acid component present in a surface-modified titanium oxide dispersion are suitably used. . In the case of using an alkali silicate, a method in which the pH is adjusted in advance by the above-described method and the mixture is prepared is preferably used.

【0027】前記組成物の(D)溶媒は、塗膜形成要素
である表面修飾酸化チタン、シリコン系バインダーを均
質に分散させることが可能な物質である。例えば、水あ
るい低級アルコールであるメタノール、エタノール、イ
ソプロピルアルコール、n−プロパノール、n−ブタノ
ール、イソブタノール、あるいはケトン類であるメチル
エチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(M
IBK)がある。好ましくは、水あるいは前記低級アル
コール類である。また、組成物を希釈する希釈剤には、
水、及び有機溶剤を使用することができる。有機溶剤と
してはアルコール類、ケトン類、エステル類、エーテル
類が適する。
The solvent (D) of the composition is a substance capable of uniformly dispersing the surface-modified titanium oxide and the silicon-based binder, which are film-forming elements. For example, water or lower alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, n-propanol, n-butanol and isobutanol, or ketones such as methyl ethyl ketone (MEK) and methyl isobutyl ketone (M
IBK). Preferably, it is water or the lower alcohols. Also, the diluent for diluting the composition,
Water and organic solvents can be used. Alcohols, ketones, esters and ethers are suitable as organic solvents.

【0028】前記組成物の(E)pHは2〜5である。
そのpH領域であることが、塗膜形成要素各成分を製
造、調合した際の安定性の向上に有利に働く。pH2以
下の強酸性側、またはpH5以上の中性側であると、シ
リコン系バインダーは不安定になる。
The pH of the composition (E) is 2-5.
The pH range is advantageous for improving the stability when the components of the film-forming element are produced and prepared. If it is on the strongly acidic side of pH 2 or less or on the neutral side of pH 5 or more, the silicon-based binder becomes unstable.

【0029】本発明では、(A)カルボン酸類に属する
少なくとも1種以上の物質を用いて予め表面修飾した
(B)光触媒作用を有する酸化チタンと(C)シリコン
系バインダーの塗膜構成組成物を乾燥硬化させること
で、優れた硬度、耐摩耗性を有する光触媒性塗膜を実現
できた。本発明の光触媒性塗膜形成組成物によって得た
塗膜が高硬度、高耐摩耗性となるメカニズムは必ずしも
詳らかでない。しかし、高硬度、高耐摩耗性を実現して
いる作用としては、乾燥時に従来の無機強酸分散酸化チ
タンゾルとバインダーを混合した湿式法において弱点で
あった酸化チタンとバインダーの結合界面の弱さを強化
する作用、それに加えて光触媒性塗膜形成組成物の乾燥
時に内部欠陥、形状損壊を少なくさせる作用が、カルボ
ン酸の化学構造から期待できるためであると考えられ
る。また、酸化チタン単独、またはバインダー成分との
混合、製造においても、酸化チタンの凝集・沈殿を低減
させる、分散剤としての効果もあると思われる。
In the present invention, a coating composition comprising (A) titanium oxide having photocatalytic activity and (C) a silicon-based binder which has been surface-modified in advance using at least one or more substances belonging to carboxylic acids. By drying and curing, a photocatalytic coating film having excellent hardness and abrasion resistance was realized. The mechanism by which the coating film obtained by the photocatalytic coating film-forming composition of the present invention has high hardness and high abrasion resistance is not necessarily clear. However, the effect of achieving high hardness and high abrasion resistance is the weakness of the bonding interface between titanium oxide and the binder, which was a weak point in the wet method in which the conventional inorganic acid-dispersed titanium oxide sol was mixed with the binder during drying. This is considered to be because the action of strengthening and, in addition, the action of reducing internal defects and shape damage during drying of the photocatalytic coating film forming composition can be expected from the chemical structure of the carboxylic acid. In addition, it is considered that titanium oxide alone or a mixture with a binder component also has an effect as a dispersant for reducing aggregation and precipitation of titanium oxide.

【0030】前記、酸化チタンとバインダーの結合界面
の弱さを強化する作用としては、塗膜の乾燥硬化時に酸
化チタン粒子の表面を被覆したカルボン酸の残留水酸基
(−OH)がシリコン系バインダーの反応性官能基に作
用することで、酸化チタンをカルボン酸を介してバイン
ダーのネットワーク架橋の一部として積極的に取り入れ
る作用が考えられる。そのために、低温乾燥で処理した
塗膜であっても高度な緻密化、架橋化が達成されたと考
えられる。
The effect of strengthening the weakness of the bonding interface between the titanium oxide and the binder is as follows: the residual hydroxyl group (-OH) of the carboxylic acid coating the surface of the titanium oxide particles at the time of drying and curing the coating film is a function of the silicon-based binder. By acting on the reactive functional group, it is considered that titanium oxide is positively incorporated as a part of the network crosslinking of the binder via the carboxylic acid. Therefore, it is considered that a high degree of densification and cross-linking were achieved even in a coating film processed by low-temperature drying.

【0031】また、前記、本発明の組成物の乾燥時に、
内部欠陥、形状損壊を少なくさせるような作用として
は、有機構造を持つカルボン酸が存在することで組成物
に可撓性が付与され、乾燥硬化時に無理なく、かつ欠陥
が少なく塗膜を形成させるような一種の成形助剤として
の作用が考えられる。そのため、より欠陥が少なく高度
に緻密化された塗膜が実現したと考えられる。
Further, when the composition of the present invention is dried,
As an action of reducing internal defects and shape damage, the presence of a carboxylic acid having an organic structure imparts flexibility to the composition, and forms a coating film with less defects during drying and curing. Such a function as a kind of molding aid can be considered. Therefore, it is considered that a highly densified coating film having fewer defects was realized.

【0032】また、前記分散剤としての作用は、酸化チ
タンの凝集・沈殿などが原因で生じる、塗膜形成時の成
膜ムラ、それに起因する機械的強度不良、外観不良など
を低減させる作用が考えられる。これらの挙げた効果が
期待できない、表面修飾を施していない酸化チタンとシ
リコン系バインダーから成る光触媒性塗膜では、高硬
度、高耐摩耗性は実現できない。
The function as the dispersant is to reduce unevenness in film formation at the time of forming a coating film, poor mechanical strength and poor appearance due to aggregation and precipitation of titanium oxide. Conceivable. A photocatalytic coating film made of titanium oxide and a silicon-based binder not subjected to surface modification, for which the above effects cannot be expected, cannot achieve high hardness and high wear resistance.

【0033】本発明では、これまで説明してきた各種特
徴を有するものであることがより好ましい。また、所望
により各種添加剤を適宜加えても良い。具体的には、硬
化触媒、各種界面活性剤、増粘剤、分散剤、発砲剤、シ
ラン或いはチタンカップリング剤、染料などである。
In the present invention, it is more preferable that the present invention has the various features described above. Further, various additives may be appropriately added as desired. Specific examples include curing catalysts, various surfactants, thickeners, dispersants, foaming agents, silane or titanium coupling agents, and dyes.

【0034】本発明では、組成物を基材に塗布し、乾
燥、場合によっては加熱焼成して塗膜化される。加熱温
度については限定されるものではないが、100℃〜8
00℃が好ましい。また、塗布方法は塗布すべき基材の
形状と寸法に適した方法が適宜使用される。例えば、ハ
ケ塗り、スプレー法、バーコーター法、アプリケーター
法、スピンコーティング法、ディッピング法、カーテン
ウォール法などがある。一般的に基材への付着量が多い
成膜法ほど、組成物の固形分濃度は低く設定する方が好
ましいが、成膜体の仕様によって適宜変更しても良い。
In the present invention, the composition is applied to a substrate, dried, and optionally heated and baked to form a coating. The heating temperature is not limited, but may be from 100 ° C to 8 ° C.
00 ° C is preferred. In addition, a method suitable for the shape and size of the substrate to be coated is appropriately used as the coating method. For example, there are a brush coating, a spray method, a bar coater method, an applicator method, a spin coating method, a dipping method, a curtain wall method and the like. In general, it is preferable to set the solid concentration of the composition to be lower as the amount of the film attached to the substrate is larger.

【0035】本発明の成膜では、塗膜硬度、耐摩耗性、
光触媒活性、外観をバランス良く発現させるためには、
前述した二酸化チタンおよび二酸化珪素の酸化物換算値
の重量比だけではなく、塗膜厚さも重要な因子となる。
本発明の組成物では、膜厚は10〜1000nmが好ま
しい。透明性も重視する仕様では、10〜300nmが
好ましい膜厚である。
In the film formation of the present invention, the film hardness, abrasion resistance,
In order to express photocatalytic activity and appearance in a well-balanced manner,
An important factor is not only the weight ratio of the oxide values of titanium dioxide and silicon dioxide but also the thickness of the coating film.
In the composition of the present invention, the film thickness is preferably from 10 to 1000 nm. In a specification in which transparency is also important, 10 to 300 nm is a preferable film thickness.

【0036】本発明では、低温焼成であっても同じ焼成
条件で形成された従来の酸やアルカリで邂逅した酸化チ
タンよりも優れた、鉛筆硬度7H以上の表面硬度、耐摩
耗性を有する光触媒性塗膜を形成することができる。そ
のため、塗膜の硬化性を促進させたり、または塗膜の硬
化時間を短縮する目的でより高温側で加熱処理する場合
に常に懸念される項目、例えば基材特性が損なわれる、
コストなどの不具合を低減できる。また高温における加
熱処理が不可能な建造物等の部材にも、硬度、耐摩耗性
に優れた光触媒性塗膜を形成することができる。
In the present invention, a photocatalytic material having a surface hardness of 7H or more and abrasion resistance, which is superior to the conventional titanium oxide formed by the same acid or alkali and formed under the same sintering conditions even at a low sintering temperature. A coating can be formed. Therefore, to promote the curability of the coating film, or to always reduce the time required for heat treatment at a higher temperature for the purpose of shortening the curing time of the coating film, for example, the properties of the substrate are impaired,
Problems such as cost can be reduced. Further, a photocatalytic coating film having excellent hardness and abrasion resistance can be formed even on a member such as a building that cannot be subjected to heat treatment at a high temperature.

【0037】上記方法で部材表面に薄膜を形成すると、
部材表面は光半導体である酸化チタンの光励起に応じて
親水性、分解性を呈するようになる。ここで、光半導体
の光励起により、基材表面が高度に親水化されるために
は、励起光の照度は0.001mW/cm2以上あれば
よいが、0.01mW/cm2以上だと好ましく、0.
1mW/cm2以上だとより好ましい。光源としては、
太陽光、室内照明、蛍光灯、水銀灯、白熱電灯、キセノ
ンランプ、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドラン
プ、BLBランプ、殺菌灯等が好適に利用できる。但し
膜厚100nm以下の薄膜にした場合には、薄膜におい
ても吸収性のよい250〜350nm程度(好ましくは
300〜350nm程度)の短波長光が多く含まれるの
が好ましい。
When a thin film is formed on the member surface by the above method,
The surface of the member exhibits hydrophilicity and decomposability in response to photoexcitation of titanium oxide, which is an optical semiconductor. Here, the illuminance of the excitation light may be 0.001 mW / cm2 or more, and is preferably 0.01 mW / cm2 or more, in order to highly hydrophilize the substrate surface by optical excitation of the optical semiconductor. .
More preferably, it is 1 mW / cm2 or more. As a light source,
Sunlight, indoor lighting, fluorescent lamps, mercury lamps, incandescent lamps, xenon lamps, high-pressure sodium lamps, metal halide lamps, BLB lamps, germicidal lamps and the like can be suitably used. However, when a thin film having a thickness of 100 nm or less is used, it is preferable that the thin film contains a large amount of short-wavelength light having a good absorbency of about 250 to 350 nm (preferably about 300 to 350 nm).

【0038】本発明の組成物を塗布する基材としては、
ガラス、金属、セメント、壁紙、石膏ボード、石材、セ
ラミックス、もしくは樹脂等の様々な形状を有する部
材、複合成形体が考えられる。これら基材に塗布する際
には、組成物はもちろん基材に合わせた前処理を行うこ
とが必要となる。
As the substrate on which the composition of the present invention is applied,
Members having various shapes, such as glass, metal, cement, wallpaper, gypsum board, stone, ceramics, and resin, and composite molded articles are conceivable. When applying to these substrates, it is necessary to perform a pretreatment suitable for the substrate as well as the composition.

【0039】本発明が適用可能な基材としては、防曇、
防滴効果を期待する場合には透明な部材であり、その材
質はガラス、プラスチック等が好適に利用できる。適用
可能な基材を用途でいえば、車両用後方確認ミラ−、浴
室用鏡、洗面所用鏡、歯科用鏡、道路鏡のような鏡;眼
鏡レンズ、光学レンズ、照明用レンズ、半導体用レン
ズ、複写機用レンズ、車両用後方確認カメラレンズのよ
うなレンズ;プリズム;建物や監視塔の窓ガラス;自動
車、鉄道車両、航空機、船舶、潜水艇、雪上車、ロ−プ
ウエイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような
乗物の窓ガラス;自動車、オ−トバイ、鉄道車両、航空
機、船舶、潜水艇、雪上車、スノ−モ−ビル、ロ−プウ
エイのゴンドラ、遊園地のゴンドラ、宇宙船のような乗
物の風防ガラス;防護用ゴ−グル、スポ−ツ用ゴ−グ
ル、防護用マスクのシ−ルド、スポ−ツ用マスクのシ−
ルド、ヘルメットのシ−ルド、冷凍食品陳列ケ−スのガ
ラス、中華饅頭等の保温食品の陳列ケ−スのガラス;計
測機器のカバ−、車両用後方確認カメラレンズのカバ
−、レ−ザ−歯科治療器等の集束レンズ、車間距離セン
サ−等のレ−ザ−光検知用センサ−のカバ−、赤外線セ
ンサ−のカバ−;カメラ用フィルタ−、及び上記物品表
面に貼着させるためのフィルム、シ−ト、シ−ル、ワッ
ペン等が挙げられる。
The substrate to which the present invention can be applied includes anti-fog,
When a drip-proof effect is expected, it is a transparent member, and glass, plastic, or the like can be suitably used for the material. Speaking of applicable base materials, mirrors such as rearview mirrors for vehicles, mirrors for bathrooms, mirrors for toilets, dental mirrors, road mirrors; spectacle lenses, optical lenses, illumination lenses, semiconductor lenses Lenses such as copier lenses, rear view camera lenses for vehicles; prisms; windows of buildings and towers; automobiles, railway vehicles, aircraft, ships, submersibles, snowmobiles, lowway gondola, amusement parks Gondolas, vehicle windows such as spaceships; cars, motorbikes, railcars, aircraft, ships, submersibles, snowmobiles, snowmobiles, lowway gondola, amusement park gondola, space Windshields for vehicles such as ships; protective goggles, sports goggles, protective mask shields, sports mask seals
Helmet shield, glass of frozen food display case, glass of warm food display case such as Chinese steamed bun; cover of measuring instrument, cover of camera lens for rear view confirmation for vehicle, laser Converging lenses for dental treatment devices, laser covers such as inter-vehicle distance sensors, covers for light detection sensors, covers for infrared sensors, filters for cameras, and for attaching to the surface of the article. Films, sheets, seals, patches and the like can be mentioned.

【0040】本発明が適用可能な基材としては、表面清
浄化効果を期待する場合にはその材質は、例えば、金
属、セラミック、ガラス、プラスチック、木、石、セメ
ント、コンクリ−ト、繊維、布帛、それらの組合せ、そ
れらの積層体が好適に利用できる。適用可能な基材を用
途でいえば、建材、建物